本文關(guān)鍵詞：基于可靠度理論的露天礦節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性及設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

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【摘要】：露天礦邊坡工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面,傳統(tǒng)上一直采用確定的安全系數(shù)評(píng)價(jià),獲得的安全系數(shù)都是由確定的計(jì)算方法得到的定值,未考慮巖土材料參數(shù)客觀上存在的變異性和不確定性,導(dǎo)致存在邊坡安全系數(shù)大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),而可靠性卻并不滿足穩(wěn)定性要求的情況。尤其是對(duì)于節(jié)理巖質(zhì)邊坡而言,巖體強(qiáng)度參數(shù)的變異性和不確定性對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。本文以贊比亞穆利亞希露天銅礦為研究對(duì)象,綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬研究等手段,基于可靠度理論和方法對(duì)節(jié)理巖體邊坡展開可靠性研究,從邊坡可靠性角度揭示節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性規(guī)律。已完成的主要工作和研究成果如下：(1)結(jié)合贊比亞盧安夏穆利亞希露天礦邊坡工程,在巖石力學(xué)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)勘察測(cè)繪數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了以巖石單軸抗壓強(qiáng)度(UCS)、巖質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)(RQD)和節(jié)理調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(節(jié)理跡長(zhǎng)、裂隙寬度、粗糙度、充填類型以及風(fēng)化程度)為輸入?yún)?shù)的概率統(tǒng)計(jì)模型,并采用卡方檢驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行了吻合度檢驗(yàn)。在廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上,利用MATLAB編程及蒙特卡洛隨機(jī)分析方法,獲取節(jié)理巖體強(qiáng)度及變形參數(shù)的概率分布,得到穆利亞希南幫邊坡RL7地層強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化泥質(zhì)石英巖以及RL6地層泥巖等巖體強(qiáng)度參數(shù)的取值范圍(最小值/最大值)以及平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)值。為論文邊坡可靠性分析提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(2)在廣泛總結(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,依據(jù)非煤露天礦邊坡特點(diǎn),在合理服務(wù)年限的基礎(chǔ)上提出了邊坡設(shè)計(jì)服務(wù)年限調(diào)整系數(shù)。采用類比法構(gòu)建了基于邊坡工程安全等級(jí)和設(shè)計(jì)服務(wù)年限等級(jí)雙重因素的露天礦邊坡目標(biāo)可靠指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,依據(jù)穆利亞希露天礦邊坡工程特點(diǎn),確定了該礦整體邊坡可接受目標(biāo)可靠指標(biāo)為1.86,局部非關(guān)鍵區(qū)域、臺(tái)階邊坡可接受目標(biāo)可靠指標(biāo)為1.51。(3)基于拉丁超立方抽樣技術(shù),采用極限平衡分析方法,詳細(xì)分析了穆利亞希露天礦南幫強(qiáng)風(fēng)化巖體、中風(fēng)化巖體以及微風(fēng)化巖體強(qiáng)度參數(shù)變異性對(duì)邊坡可靠度的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,建立了6#剖面邊坡和5#剖面邊坡極限平衡分析模型,詳細(xì)分析和評(píng)價(jià)了邊坡局部和整體的可靠度。得到基本的評(píng)價(jià)結(jié)果如下：兩個(gè)典型剖面邊坡整體可靠指標(biāo)分別為1.937和2.228,均大于1.86的目標(biāo)可靠指標(biāo),邊坡穩(wěn)定性可接受。但對(duì)于6#剖面邊坡上部以及5#邊坡上部及中部臺(tái)階可靠指標(biāo)較低,分別為1.491、1.504和-0.782,發(fā)生局部失穩(wěn)的可能性較大。(4)將點(diǎn)估計(jì)理論(PEM)與節(jié)理有限元方法(JFEM)相結(jié)合應(yīng)用于節(jié)理巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中。依據(jù)邊坡巖層特點(diǎn),建立了以巖體強(qiáng)度參數(shù)為輸入變量、邊坡安全系數(shù)為輸出變量的點(diǎn)估計(jì)模型。點(diǎn)估計(jì)狀態(tài)函數(shù)的求解過(guò)程采用節(jié)理有限元建立邊坡數(shù)值模型,應(yīng)用強(qiáng)度折減法(SSR)計(jì)算輸出邊坡的安全系數(shù),由PEM理論,得到邊坡安全系數(shù)的可靠性指標(biāo)和破壞概率等統(tǒng)計(jì)指標(biāo),評(píng)價(jià)節(jié)理巖體邊坡的穩(wěn)定性。(5)基于飽和-非飽和滲流理論和邊坡可靠性分析方法,結(jié)合考慮巖體強(qiáng)度參數(shù)概率分布特征,研究了6#典型剖面風(fēng)化巖體邊坡在短時(shí)大暴雨和持續(xù)強(qiáng)降雨等不同降雨條件下邊坡的滲流場(chǎng)以及可靠度隨降雨持時(shí)的變化規(guī)律,進(jìn)一步提出了降雨入滲影響邊坡的防治措施。(6)在邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,提出了穆利亞希露天礦南幫邊坡的優(yōu)化方案,對(duì)需要優(yōu)化的邊坡區(qū)域進(jìn)行臺(tái)階坡面角優(yōu)化,優(yōu)化過(guò)程中引入可靠度分析方法評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程。通過(guò)優(yōu)化處理,6#邊坡上部、5#邊坡上部以及5#邊坡中部可靠指標(biāo)分別達(dá)到了1.527、1.532以及1.550,均大于1.51的最小目標(biāo)可靠指標(biāo),達(dá)到了邊坡優(yōu)化目的。
【關(guān)鍵詞】：露天礦 節(jié)理巖體 邊坡穩(wěn)定性 可靠性分析 邊坡優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD854.6
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 引言12-15
• 2 文獻(xiàn)綜述15-32
• 2.1 邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀15-19
• 2.1.1 邊坡穩(wěn)定性影響因素15-17
• 2.1.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法17-19
• 2.2 可靠度基本理論19-22
• 2.2.1 功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程19-20
• 2.2.2 可靠指標(biāo)和失效概率20-21
• 2.2.3 可靠度的表達(dá)方式21-22
• 2.3 可靠度理論發(fā)展歷程22-23
• 2.4 邊坡可靠性研究現(xiàn)狀23-30
• 2.4.1 可靠性分析巖土參數(shù)概率研究23-24
• 2.4.2 邊坡可靠性分析方法24-28
• 2.4.3 邊坡破壞概率可接受水平28-30
• 2.5 本文研究?jī)?nèi)容30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 3 工程概況32-46
• 3.1 工程地質(zhì)條件33-36
• 3.1.1 區(qū)域地質(zhì)概況33-35
• 3.1.2 巖性特征35
• 3.1.3 地質(zhì)構(gòu)造特征35-36
• 3.2 區(qū)域水文地質(zhì)36
• 3.3 巖土工程地質(zhì)勘察36-39
• 3.4 節(jié)理及結(jié)構(gòu)面調(diào)查39-41
• 3.5 邊坡破壞模式初步分析41-45
• 3.5.1 平面滑動(dòng)41-42
• 3.5.2 楔體滑動(dòng)42-43
• 3.5.3 彎曲傾倒43-44
• 3.5.4 直接傾倒44-45
• 3.5.5 分析結(jié)果討論45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 4 基于Hoek-Brown準(zhǔn)則的節(jié)理巖體強(qiáng)度參數(shù)概率分布特征隨機(jī)分析46-72
• 4.1 巖體參數(shù)隨機(jī)分析方法46-47
• 4.2 地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI47-49
• 4.3 輸入?yún)?shù)概率分布模型49-60
• 4.3.1 巖石質(zhì)量指標(biāo)49-53
• 4.3.2 單軸抗壓強(qiáng)度53-58
• 4.3.3 節(jié)理跡長(zhǎng)58-59
• 4.3.4 裂隙寬度59
• 4.3.5 粗糙度59-60
• 4.3.6 充填類型60
• 4.3.7 風(fēng)化程度60
• 4.3.8 巖石材料常數(shù)mi60
• 4.4 廣義Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則60-62
• 4.5 結(jié)果分析與討論62-70
• 4.5.1 RL7強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)石英巖62-64
• 4.5.2 RL7中風(fēng)化泥質(zhì)石英巖64-66
• 4.5.3 RL7微風(fēng)化泥質(zhì)石英巖66-68
• 4.5.4 RL6泥巖層68-70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 5 露天礦邊坡可靠性分析與評(píng)價(jià)72-111
• 5.1 露天礦邊坡目標(biāo)可靠指標(biāo)的確定72-79
• 5.1.1 露天礦邊坡合理服務(wù)年限73-74
• 5.1.2 露天礦邊坡工程安全等級(jí)74-75
• 5.1.3 露天礦邊坡目標(biāo)可靠指標(biāo)確定75-79
• 5.2 基于極限平衡法的邊坡可靠性評(píng)價(jià)79-94
• 5.2.1 極限平衡計(jì)算理論79-80
• 5.2.2 拉丁超立方抽樣80-82
• 5.2.3 巖體強(qiáng)度參數(shù)對(duì)單臺(tái)階邊坡可靠度影響規(guī)律82-84
• 5.2.4 邊坡可靠度分析與評(píng)價(jià)84-94
• 5.3 基于PEM-JFEM方法的節(jié)理巖體邊坡可靠性分析94-109
• 5.3.1 PEM理論95-97
• 5.3.2 JFEM分析模型97-99
• 5.3.3 PEM-JFEM分析模型構(gòu)建99-102
• 5.3.4 結(jié)果分析與討論102-109
• 5.4 本章小結(jié)109-111
• 6 降雨影響下邊坡滲流及可靠性響應(yīng)規(guī)律研究111-132
• 6.1 降雨入滲飽和-非飽和滲流理論111-117
• 6.1.1 飽和-非飽和滲流有限元計(jì)算原理111-115
• 6.1.2 飽和-非飽和滲流分析數(shù)學(xué)模型115
• 6.1.3 降雨入滲條件下模型邊界條件處理115-116
• 6.1.4 降雨入滲邊坡穩(wěn)定性分析方法116-117
• 6.2 降雨條件下邊坡滲流及穩(wěn)定可靠性分析117-130
• 6.2.1 邊坡分析模型及材料參數(shù)118-120
• 6.2.2 初始穩(wěn)態(tài)滲流場(chǎng)120-121
• 6.2.3 短時(shí)大暴雨條件下邊坡瞬態(tài)滲流場(chǎng)121-124
• 6.2.4 持續(xù)強(qiáng)降雨條件下邊坡瞬態(tài)滲流場(chǎng)124-128
• 6.2.5 考慮降雨條件下邊坡可靠性分析128-130
• 6.3 降雨入滲影響邊坡的防治措施建議130
• 6.4 本章小結(jié)130-132
• 7 基于可靠度分析的邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化132-143
• 7.1 邊坡優(yōu)化方法132-133
• 7.2 邊坡初步優(yōu)化方案133-138
• 7.2.1 初步優(yōu)化方案133-134
• 7.2.2 基于可靠度的優(yōu)化過(guò)程分析134-138
• 7.3 邊坡最終優(yōu)化方案138-141
• 7.4 本章小結(jié)141-143
• 8 結(jié)論143-146
• 8.1 主要結(jié)論143-144
• 8.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)144-146
• 參考文獻(xiàn)146-157
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果157-162
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集162

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 許英姿,余宏明,唐輝明;蒙特卡羅法在某廠區(qū)土坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J];水文地質(zhì)工程地質(zhì);2002年02期

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3 何淑軍;張春山;吳樹仁;孫煒鋒;葉思源;王濤;辛鵬;;基于蒙特卡羅法的多級(jí)黃土滑坡可靠性分析[J];地質(zhì)通報(bào);2008年11期

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本文編號(hào)：972295